Eine Genmutation ist eine vererbbare Veränderung der Basensequenz innerhalb eines einzelnen Gens. Sie betrifft nur wenige Nukleotide und ist im Lichtmikroskop nicht sichtbar (Unterschied zu Chromosomen- und Genommutationen). Genmutationen entstehen spontan durch Replikationsfehler oder werden durch Mutagene wie UV-Strahlung, ionisierende Strahlung oder chemische Stoffe (Benzpyren, Nitrosamine) ausgelöst.
Bei Punktmutationen wird ein einzelnes Nukleotid ausgetauscht. Drei Ausprägungen werden unterschieden:
• Stille Mutation (silent): Die veränderte Base codiert dieselbe Aminosäure (Wobble-Position). Das Protein bleibt unverändert.
• Missense-Mutation: Eine andere Aminosäure wird eingebaut. Das Protein kann seine Funktion teilweise oder vollständig verlieren. Beispiel: Sichelzellanämie – in der β-Kette des Hämoglobins wird Glutaminsäure durch Valin ersetzt.
• Nonsense-Mutation: Es entsteht ein vorzeitiges Stopcodon (UAA, UAG, UGA). Die Translation wird abgebrochen, das Protein ist verkürzt und meist funktionslos.
Werden ein oder mehrere Nukleotide eingefügt (Insertion) oder entfernt (Deletion), verschiebt sich das Leseraster, sofern die Anzahl nicht durch drei teilbar ist. Eine solche Rastermutation (frameshift) verändert die gesamte nachfolgende Aminosäuresequenz und führt fast immer zum Funktionsverlust des Proteins. Beispiel: Mukoviszidose (CFTR-Gen, Deletion von ΔF508).
• Spontan: Replikationsfehler, tautomere Basenpaarung, Desaminierung von Cytosin zu Uracil. Häufigkeit ca. 10−9 bis 10−10 pro Nukleotid und Replikation.
• Induziert: UV-Licht erzeugt Thymindimere, ionisierende Strahlung verursacht Doppelstrangbrüche, Basenanaloga (5-Bromuracil) bewirken Fehlpaarungen.
Zellen besitzen DNA-Reparatursysteme: Mismatch-Repair, Nukleotid-Exzisionsreparatur (NER), Photoreaktivierung. Fällt die Reparatur aus (z. B. Xeroderma pigmentosum), häufen sich Mutationen, was Hautkrebs begünstigt. Mutationen in Keimbahnzellen sind vererbbar; somatische Mutationen können zu Krebs führen.
Genmutationen sind die wichtigste Quelle genetischer Variabilität. Ohne sie gäbe es kein Rohmaterial für die natürliche Selektion. Die meisten Mutationen sind neutral oder leicht nachteilig, selten vorteilhaft – doch gerade vorteilhafte Mutationen ermöglichen Anpassung und Artbildung.
Stille Mutationen sind nicht immer wirkungslos – sie können Spleisstellen oder Codonnutzung beeinflussen. Insertion/Deletion von Vielfachen von 3 Basen erzeugt KEIN Frameshift, sondern fügt Aminosäuren ein bzw. entfernt sie.
Zusammenfassung: Genmutationen verändern die Basensequenz eines Gens. Punktmutationen (silent, missense, nonsense) und Rastermutationen (Insertion/Deletion) sind die wichtigsten Formen. Sie sind Motor der Evolution.
Abitur-Tipp: Für eine Mutationsaufgabe immer zuerst die mRNA umschreiben, Codons zerlegen und mit Codesonne prüfen, ob die Mutation silent, missense oder nonsense ist.